风能,作为一种清洁的可再生能源,在常规能源紧缺及环保压力日趋严重的今天,受到了世界各国的重视。风力发电是风能利用的最主要形式。在风力机系统中,叶片是最为关键的核心部件,其气动性能的好坏直接决定了风力机风能转换效率的高低。本课题对2MW变速恒频风力机的叶片进行了气动外形设计研究,并且通过数值模拟分析的方法验证了所设计叶片的合理性。本文的主要工作有以下几方面：首先,研究了风力机叶片外形设计的四个基本理论,并以片条理论为基础建立叶片气动外形的计算模型。通过建立风力机坐标系统,考虑多种风力机运行的影响因素对模型进行修正,使得建立的模型更加接近于客观实际。以风力机年发电量最大为目标,利用遗传算法进行搜索寻优,求得全局最优解。其次,为了便于加工与安装,对计算得到的叶片各叶素弦长和扭角进行了修正。结合坐标变换原理,运用EXCEL软件将叶片各截面翼型数据转换成三维空间坐标,并利用Solidworks软件实现了风力机叶片的三维实体建模。接着,运用先进的CFD软件Fluent,对NACA63212二维翼型的气动性能进行模拟分析。采用Spalart-Allmaras湍流模型,分析了速度、静压等参数的分布特点及其随攻角的变化情况。其结果可为风力机叶片的设计与研发工作提供技术参数和指导意见。最后,对单叶片进行三维空气动力学仿真。利用Gambit进行内场、外场计算区域的网格划分和边界条件的设置,并利用Fluent软件对叶片在额定风速和其它非额定风速下进行数值模拟。湍流模型为SST k-ω。由得出的叶片转矩计算出风轮的实际输出功率及风能利用系数。此举有助于深化了解风力机叶片的气动性能,并验证数值模拟分析的可行性和可靠性。